Quadrant, octant, sextant

Voordat radiopeiltoestellen, DECCA, LORAN en satellietnavigatiesystemen als GPS en GALILEO de intrede deden waren stuurlieden en kapiteins op volle zee aangewezen op het navigeren op hemellichamen. Aangewezen op de octant en de sextant. Onmisbare instrumenten en eeuwenlang statussymbolen, wanneer de kunst van het navigeren werd verstaan. Maar wie waren de uitvinders?  De namen Newton, Hadley, Godfrey en Campbell worden genoemd als de ontwikkelaars van het kwadrant, de octant en de sextant, hoekmeetinstrumenten voorzien van spiegels en zonnefilters.

Sir Isaac Newton (1642-1727)

De uitvinding van de sextant kan niet aan één persoon worden toegeschreven. Wel worden er een aantal namen genoemd die onafhankelijk van elkaar aan de ontwikkeling van de sextant hebben bijgedragen. Als eerste wordt genoemd niemand minder dan de natuurkundige, maar ook filosoof, wiskundige, sterrenkundige en theoloog, de Engelse geleerde Isaac Newton (1642-1727). Rond het jaar 1699 schetste Newton een half kwadrant met een schaal van 0° tot 90° voorzien van een vizier en twee spiegels waarvan één beweegbaar op een indexarm, voortbordurende op zijn spiegeltelescoop uit 1668.

John Hadley (1682-1744)

Een andere naam die klinkt is die van John Hadley (1682 – 1744). Hadley was een Engelse wiskundige en uitvinder die het principe van het kwadrant van Newton wist te verbeteren. Door te komen een meer handzaam kwadrant met spiegels voor de hoogtemeting in booggraden van hemellichamen boven de horizon. Hadley slaagde erin een een handzaam meetinstrument samen te stellen waarmee het mogelijk werd om op een beweeglijk schip metingen te verrichten. Het hoekmeetinstrument werd ‘Hadley’s Quadrant’ genoemd, met een meetbereik van 0° tot 90°.

Hadley bevestigde ook een waterpas op het instrument zodat een hoogte kon worden gemeten wanneer de horizon niet zichtbaar was. Het kwadrant van Hadley was feitelijk al gehalveerd tot een octant, een achtste deel van een cirkel, met een booghoek van 45°. Maar door de dubbele spiegelwerking had het instrument een meetbereik van 90°, een kwart van een volledige cirkel van 360°.

Thomas Godfrey (1704-1749)

Rond 1730 had onafhankelijk van Hadley de Brits-Amerikaanse uitvinder Thomas Godfrey (1704-1749) aan de overzijde van de Atlantische Oceaan een vergelijkbaar instrument ontwikkeld, waaraan hij de benaming ‘octant’ gaf. Een hoekmeetinstrument met sterke overeenkomsten met het ‘kwadrant’ van Hadley. Godfrey was een autodidactische wiskundige en astronoom en glaszetter ofwel glazenier van beroep. Factoren die van betekenis zullen zijn geweest bij de ontwikkeling van een instrument om de hoogte in booggraden te meten van hemellichamen zoals de zon en de sterren, nauwkeurig genoeg voor de navigatie.

‘Het tijdperk van moderne navigatie-instrumenten werd ingeluid door de gelijktijdige uitvinding van een dubbel reflecterend instrument door Thomas Godfrey (1704-1749) uit Philadelphia en John Hadley (1782-1744) uit Londen in de vroege jaren 1730. Oorspronkelijk werd dit instrument “Hadley’s quadrant” genoemd, naar de Engelse uitvinder. Tegenwoordig staat het bekend als een octant, de naam die Godfrey eraan heeft gegeven.

Het door Hadley en Godfrey voorgestelde instrument leek qua vorm op het kwadrant, maar bevatte een boog van slechts vijfenveertig graden, een achtste van een cirkel. Bovendien had het twee spiegels die het licht van de zon of een ster weerkaatsten en de waarnemer in staat stelden hoogtes (de hoek tussen de zon, de maan of een ster of planeet boven de horizon) tot negentig graden te meten. Dit vermogen om grote hoeken te meten maakte het instrument bijzonder nuttig voor hemelnavigatie op zee.’

BRON: Hadley’s Quadrant, Godfrey’s Octant

John Campbell (1719 -1790)

Ook kan de naam John Campbell (1719 -1790) worden gevonden, een Schotse zeeman en Britse marineofficier. Aan hem wordt de doorontwikkeling tot de sextant toegeschreven, in het jaar  1757. Voortbordurende op het principe van de octanten, gebouwd op basis van een houten frame met koper beslag. Campbell zou hebben geconcludeerd dat het meetbereik van een octant te beperkt is. Wel groot genoeg om de booghoek tussen een hemellichaam en de horizon te meten, maar te klein voor de booghoeken tussen hemellichamen onderling.

Maantabellen

Men was in die tijd bezig om een manier van plaatsbepaling te vinden door het opstellen van maantabellen. Om vandaar de booghoek te kunnen meten tussen de maan en een ster of planeet. En zo te komen tot astronomische plaatsbepaling op aarde. De octanten van Hadley en Godfrey waren daarvoor te beperkt. Campbell zou het geweest zijn die het voorstel deed om de meethoek te verruimen van 45° tot 60° om vervolgens booggraden tot 120° te kunnen meten. En daarbij om het instrument niet van hout maar van koper / messing te maken. In 1759 produceerde John Bird desgewenst een instrument waarin Campbell’s suggesties waren toegepast: een sextant met een straal van 20 inch (omgerekend 50,8 centimeter) met een koperen frame.

‘De sextant, een instrument voor het meten van hoeken, werd ontwikkeld op voorstel van kapitein John Campbell van de Royal Navy in 1757. De sextant dankt het ontwerp aan de mogelijkheid om de hoekafstand te meten tussen de maan en een nabije ster te meten. Aan het einde van de 18e eeuw zocht men daarin de oplossing tot het vinden van de lengtegraad waarop men zich bevond.

De octant, uitgevonden rond 1731 kon slechts een hoek van 90° meten. De “maanmethode” voor het vinden van de lengtegraad vereiste echter de mogelijkheid om hoeken tot 120° te meten. De benaming sextant is omdat de boog is uitgebreid naar 60°, een zesde van een cirkel. Door de dubbele reflectie in de twee spiegels is het bereik toegenomen tot 120°.

Evenals de octant kan de sextant worden gebruikt om de hoogte in booggraden van hemellichamen zoals de zon, maan, sterren en planeten) boven de horizon te meten, evenals de booghoek tussen twee lichamen. Vanwege het grotere bereik en het handzamere formaat heeft de sextant de plaats ingenomen van de octant, en is eeuwenlang en wereldwijd naast het kompas gerekend tot het voornaamste navigatie-instrument op volle zee.’

BRON: Campbell’s sextant

John Bird (1709-1776)

John Bird (1709-1776) was een Britse instrumentmaker, gespecialiseerd in wiskundige meetinstrumenten. Hij werd geboren in Auckland, Engeland. Bird construeerde ondermeer een ​​koperen kwadrant voor The Royal Observatory te Greenwich, waar het op 16 februari 1750 werd gemonteerd en waar het nog steeds wordt bewaard. Het was deze John Bird aan wie John Campbell dus de opdracht gaf een messing/koperen sextant te bouwen.

Blijft de vraag …

Bovenstaande verhalen overlappen elkaar, spreken elkaar soms wat tegen. Wie ontwikkelde nu vanuit het door de grote geleerde Isaac Newton bedachte kwadrant met spiegels een octant, en deze weer door tot een sextant? Hadley, Godfrey en Campbell hebben hoe dan ook een vindingrijk instrument geconstrueerd. Blijft de vraag waarom Newton in al zijn begaafdheid zich beperkte tot een schets van een spiegelkwadrant. Waren de spiegels te dicht bij elkaar om metingen te verrichten? Leverden de spelingen in het mechaniek te grote afwijkingen? Was Newton’s kwadrant eenvoudigweg een onhandig ding, niet waterpas te krijgen op zee? Hoe dan ook, de genoemde bedenkers hebben een meetinstrument nagelaten dat eeuwenlang onmisbaar is gebleken bij de vaart op volle zee.

Zie ook: AstraMedia sextant

En de Zelfbouw sextant

Lees hier over Stellen van spiegels van sextant